DE19916927A1

DE19916927A1 - Engine operating system with an exhaust after-treatment device

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Publication number: DE19916927A1
Application number: DE19916927A
Authority: DE
Inventors: Michael Patrick Falandino; Robert William Ridgway; Thomas Scott Gee
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 1999-12-30
Also published as: GB2339308B; US6076348A; GB2339308A; GB9914629D0

Abstract

The system has an exhaust after-treatment device (20) and a fuel delivery system (12) which provides fuel to the engine (10) so as to cause the air/fuel ratio to vary on a periodic basis. The exhaust after-treatment device (20), which may be a three way catalyst or a NOx trap, has a window of maximum operating efficiency characterized by storage and release of an exhaust constituent within the device. A controller (14) performs a statistical analysis of signals from an exhaust constituent concentration sensor (18), such as and EGO (exhaust gas oxygen sensor), located downstream of the after-treatment device. The controller thus determines the mode value of the concentration signals, and the variation of the concentration from the mode value. It then operates the fuel delivery system (12) to minimize variation from the mode value, and so assures that the after-treatment device (20) is being operated within its window of most efficient operation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Motorbetriebssystem mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere ein System zum Maximieren der Effizienz eines Automobilemissionssteuersy stems und für die Überwachung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, die im Emissi onssteuersystem enthalten ist.The invention relates to an engine operating system with an exhaust gas aftertreatment device, in particular, a system for maximizing the efficiency of an automobile emissions control system stems and for the monitoring of an exhaust gas aftertreatment device that is in the Emissi ons tax system is included.

Viele Abgasnachbehandlungseinrichtungen, die in Automobilen eingesetzt werden, besit zen eine Umwandlungseffizienz, die durch das Luft/Treibstoffverhältnis, bei dem der Motor betrieben wird, beeinflußt ist. Beispielsweise arbeiten Dreiwegekatalysatoren (TWC), die üblicherweise in Automobilen eingesetzt werden, am besten, wenn das Luft/Treibstoff verhältnis des Motors in einer gesteuerten Oszillation in einem ziemlich schmalen Band variiert. Dieses schmale Band, das üblicherweise als "Fenster" bezeichnet wird, ist im Falle eines Dreiwegekatalysators sowohl durch die Speicherung von Sauerstoff im Katalysator, wenn der Motor sich am mageren Ende der Stoichiometrie bewegt, und durch die Abgabe von Sauerstoff aus dem Katalysator, wenn sich der Motor in die fette Stoichiometrie bewegt, charakterisiert. Es tritt auf, wenn Luft/Treibstoffverhältnis sich etwa um das stoichiometrische Verhältnis bewegt, während der Katalysator in seinem effizientesten Bereich arbeitet.Many exhaust aftertreatment devices used in automobiles have zen a conversion efficiency by the air / fuel ratio at which the engine is operated, is influenced. For example, three-way catalysts (TWC) work Usually used in automobiles, best when the air / fuel ratio of the motor in a controlled oscillation in a fairly narrow band varies. This narrow band, commonly referred to as a "window", is in the case a three-way catalytic converter both by storing oxygen in the catalytic converter, when the engine moves at the lean end of stoichiometry, and by dispensing of oxygen from the catalytic converter when the engine is in the rich stoichiometry moved, characterized. It occurs when air / fuel ratio is about that stoichiometric ratio moves while the catalyst is in its most efficient Area works.

Fig. 2 zeigt die Ausgabe von Abgassauerstoffproportionalsensoren, die stromaufwärts und stromabwärts eines Dreiwegekatalysators angeordnet sind. Bemerkenswerterweise zeigt der stromaufwärtige Sensor an, ob sich das Luft/Treibstoffverhältnis entweder ständig er höht oder mit einem relativ konstanten Neigungswinkel erniedrigt. Demgegenüber hat der stromabwärtige Sensor, der einen universellen Abgassauerstoffsensor (allgemein, als "UEGO" bezeichnet) oder irgendeinen anderen Typ Abgassensor aufweist, einen Ausgang proportional der Sauerstoffkonzentration. Alternativ kann ein Sensor mit einer Ausgabe proportional anderen Abgaskomponenten wie unverbranntem Kohlenwasserstoff in einem erfindungsgemäßen System eingesetzt werden. Fig. 2 shows the output of exhaust oxygen proportional sensors, which are arranged upstream and downstream of a three-way catalytic converter. Remarkably, the upstream sensor indicates whether the air / fuel ratio is either continuously increasing or decreasing with a relatively constant angle of inclination. In contrast, the downstream sensor, which has a universal exhaust gas oxygen sensor (commonly referred to as "UEGO") or any other type of exhaust gas sensor, has an output proportional to the oxygen concentration. Alternatively, a sensor with an output proportional to other exhaust gas components such as unburned hydrocarbon can be used in a system according to the invention.

Der Neigungswinkel der Änderung des Ausgang des stromabwärtigen Sensors ändert sich wenn die Abgasnachbehandlungseinrichtung, in diesem Fall ein Dreiwegekatalysator, in nerhalb des Fensters arbeitet. Demzufolge ist zu bemerken, daß sich an den Punkten A und B der Neigungswinkel des stromabwärtigen Sensorausgangs dramatisch verringert, dies tritt auf, da der Sauerstoffgehalt des Abgasstromes, der den Katalysator verläßt, sich sehr langsam ändert, unabhängig davon, daß das Luft/Treibstoffverhältnis des zugeführten Gases, wie durch den Ausgang des stromabwärtigen Sensors angezeigt, sich mit einer meßbar höheren Geschwindigkeit fortgesetzt ändert. Diese Hysterese im Sauerstoff, der vom Dreiwegekatalysator abgegeben wird, ist ein klarer Indikator für das Fenster, in dem der Katalysator am effizientesten arbeitet, wobei das Hysterese-Phänomen eingesetzt wer den kann, um den Betrieb, insbesondere das Luft/Treibstoffverhältnis, einer Abgasnachbe handlungseinrichtung, wie eines erfindungsgemäßen Katalysators, zu steuernThe angle of inclination of the change in the output of the downstream sensor changes if the exhaust aftertreatment device, in this case a three-way catalytic converter, in works within the window. It should therefore be noted that points A and B the angle of inclination of the downstream sensor output is dramatically reduced, this occurs because the oxygen content of the exhaust gas stream exiting the catalyst changes changes very slowly, regardless of the fact that the air / fuel ratio of the supplied Gas, as indicated by the output of the downstream sensor, with a measurably higher speed continues to change. This hysteresis in oxygen, the emitted by the three-way catalyst is a clear indicator of the window in which the catalyst works most efficiently using the hysteresis phenomenon that can, for the operation, in particular the air / fuel ratio, of an exhaust gas aftermath control device, such as a catalyst according to the invention

Konventionelle Abgassteuersysteme zum Einsatz in Kraftfahrzeugen, die mit Dreiwegeka talysatoren ausgerüstet sind, erfordern, daß der Abgassauerstoffgehalt des den Dreiwege katalysator verlassenden Abgases sorgfältig gemäß den entsprechenden Anforderungen des Kraftfahrzeuges und der speziellen Zusammensetzung des auf dem Substrat im Drei wegekatalysator befindlichen "washcoat" eingestellt werden muß, sowie auch abhängig von der Zusammensetzung der Abgassensoren, je nachdem, ob diese stromaufwärts oder stromabwärts des Katalysators angeordnet sind. Unglücklicherweise kann sich das genaue Luft/Treibstoffverhältnis, das zum Betrieb bei maximaler Effizienz benötigt wird, nämlich zu Betrieb innerhalb des Fensters, von Kraftfahrzeug zu Kraftfahrzeug ändern; für dasselbe Kraftfahrzeug kann die Varianz während seiner Lebensdauer beträchtlich sein. Diese Va riationen können bspw. durch unterschiedliche Zusammensetzungen des Treibstoffes, beispielsweise Treibstoff mit Methanol/Ethanol, oder auch andere sauerstoffhaltige Kom ponenten, oder Additive, die sicher den Betrieb eines Dreiwegekatalysators beeinflussen, veranlaßt sein. Die Treibstoffalterung oder der Reid-Dampfdruck (RVP) werden den Luft/Treibstoffverhältnisbetriebspunkt, bei dem ein Dreiwegekatalysator oder auch andere Typen von Abgasnachbehandlungseinrichtungen, sehr effizient betrieben werden, beein flussen. Andere Faktoren, wie Abgasleaks stromaufwärts des Katalysators, Verunreinigung des Katalysators, Verunreinigung der Abgassauerstoffsensoren, die Chemie des Katalysators, die Chemie des Sensors und Unterschiede im Luft/Treibstoffverhältnis von Zylinder zu Zylinder können auch die geschlossene Schleife des mittleren Luft/Treibstoff verhältnisses eines MotorLuft/Treibstoff-Steuersystems und demzufolge den Betrieb eines Katalysators beeinflussen. Alle diese Ursachen sind wichtig, da bekannte Systeme, wie das im US-Patent 5,537,816 beschriebene, das auf den Inhaber der Erfindung übertragen wurde, auf festen Luft/Treibstoffverhältnissen beruhen, die auf das Motorsteuersystem geeicht waren. Weil das feste Luft/Treibstoffverhältnis für die optimale Katalysatoreffizienz nicht immer korrekt war, war es nicht möglich, die sonst mögliche Umwandlung der Abgas systemkomponenten zu erreichen.Conventional exhaust control systems for use in motor vehicles with Dreiwegeka Talysators are equipped, require that the exhaust gas oxygen content of the three-way Exhaust gas leaving the catalyst carefully in accordance with the relevant requirements of the motor vehicle and the special composition of the on the substrate in three way "washcoat" must be set, and also depending on the composition of the exhaust gas sensors, depending on whether they are upstream or are arranged downstream of the catalyst. Unfortunately, that can change Air / fuel ratio needed to operate at maximum efficiency, namely to Operation within the window, changing from motor vehicle to motor vehicle; for the same Motor vehicle variance can be considerable during its lifetime. This Va Rations can be caused, for example, by different compositions of the fuel, for example fuel with methanol / ethanol, or other oxygen-containing com components or additives that safely affect the operation of a three-way catalytic converter, to be prompted. The fuel aging or the Reid vapor pressure (RVP) are the Air / fuel ratio operating point at which a three-way catalyst or other Types of exhaust gas aftertreatment devices that are operated very efficiently rivers. Other factors, such as exhaust gas leaks upstream of the catalyst, contamination of the catalyst, contamination of the exhaust gas oxygen sensors, the chemistry of the Catalyst, sensor chemistry and air / fuel ratio differences of Cylinder to cylinder can also use the closed loop of medium air / fuel relationship of an engine air / fuel control system and consequently the operation of one Affect catalyst. All of these causes are important because well-known systems like that in U.S. Patent 5,537,816, assigned to the assignee of the invention was based on solid air / fuel ratios related to the engine control system were calibrated. Because the fixed air / fuel ratio for optimal catalyst efficiency was not always correct, it was not possible to convert the exhaust gas otherwise possible to achieve system components.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. It is therefore an object of the invention to avoid the disadvantages of the prior art.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Motorbetriebssystem mit einer Abgasnachbe handlungseinrichtung gelöst, die aufweist: ein Treibstoffzuführsystem zur Zuführung von Treibstoff zum Motor, um das Luft/Treibstoffverhältnis des Motors dazu zu veranlassen, sich periodisch zu ändern; eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) mit einem Fenster maximaler Betriebseffizienz, in dem eine Abgaskomponente in der Abgasnachbehand lungseinrichtung gespeichert wird; einen Sensor stromabwärts der Abgasnachbehand lungseinrichtung zum Messen der Konzentration der gespeicherten Abgaskomponente im von der Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) fließenden Abgas und um ein Konzentra tionssignal mit einem dieser Konzentration proportionalen Wert zu generieren, und eine Steuerung zum Betreiben des Treibstoffzuführsystems, zum Empfang von Konzentrations signalen und um den Modus der Konzentrationssignale wie auch ein Maß der Variation der Konzentrationssignale aus dem Modus zu bestimmen, wobei die Steuerung das Treib stoffzuführsystem dazu veranlaßt, die Variation vom Modus zu minimieren.The object is achieved according to the invention by an engine operating system having an exhaust gas aftertreatment device, which comprises: a fuel supply system for supplying fuel to the engine in order to cause the air / fuel ratio of the engine to change periodically; an exhaust aftertreatment device ( 20 ) having a window of maximum operating efficiency in which an exhaust gas component is stored in the exhaust aftertreatment device; a sensor downstream of the exhaust gas aftertreatment device for measuring the concentration of the stored exhaust gas component in the exhaust gas flowing from the exhaust gas aftertreatment device ( 20 ) and to generate a concentration signal with a value proportional to this concentration, and a controller for operating the fuel supply system, for receiving concentration signals and to determine the mode of the concentration signals as well as a measure of the variation of the concentration signals from the mode, the controller causing the fuel delivery system to minimize the variation of the mode.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Advantageous further developments result from the dependent claims.

Es wird also das gesamte Emissionssteuersystem, das mindestens das Motortreibstoff steuersystem als auch die Nachbehandlungseinrichtungen umfaßt, als ein Gesamtsystem behandelt.So it will be the entire emissions control system, at least the engine fuel Control system as well as the aftertreatment includes, as a whole system treated.

Das Motorbetriebssystem, das eine Abgasnachbehandlungseinrichtung umfaßt, besitzt ein Treibstoffzuführsystem, um Treibstoff an den Motor abzugeben, um das Luft/Treibstoff verhältnis des Motors dazu zu veranlassen, sich periodisch zu ändern. Die Abgasnach behandlungseinrichtung besitzt ein Fenster maximaler Betriebseffizienz, wobei dieses Fen ster dadurch charakterisiert ist, daß eine Abgaskomponente in der Abgasnachbehand lungseinrichtung gespeichert wird, falls die Vorrichtung im Fenster arbeitet. Das Fenster selbst kann durch ein Luft/Treibstoffverhältnis identifiziert werden, dessen präziser Wert sich mit Veränderungen der Abgasnachbehandlungseinrichtung ändern kann.The engine operating system, which includes an exhaust gas aftertreatment device, has a Fuel delivery system to deliver fuel to the engine to the air / fuel ratio of the motor to change periodically. The exhaust gas after treatment device has a window of maximum operating efficiency, this fen is characterized in that an exhaust gas component in the exhaust gas aftertreatment is stored if the device works in the window. The window itself can be identified by an air / fuel ratio, its precise value can change with changes in the exhaust gas aftertreatment device.

Ein stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneter Sensor mißt die Konzentration der gespeicherten Abgaskomponente im Abgas, das aus dem Nachbehand lungsgerät fließt und gibt ein Konzentrationssignal aus, welches einen Wert besitzt, der proportional der Konzentration der gespeicherten Abgaskomponente ist.A sensor arranged downstream of the exhaust gas aftertreatment device measures the Concentration of the stored exhaust gas component in the exhaust gas resulting from the aftertreatment The device flows and outputs a concentration signal, which has a value that is proportional to the concentration of the stored exhaust gas component.

Eine Steuerung betreibt das Treibstoffzuführsystem und empfängt die Konzentrations signale. Die Steuerung bestimmt den statistischen Zustand der Konzentrationssignale. A controller operates the fuel supply system and receives the concentration signals. The control determines the statistical state of the concentration signals.

Nachfolgend wird mit der Bezeichnung "Modus" - wie in der klassischen statistischen Theo rie - die häufigste Beobachtung oder Messung bezeichnet.Below is called "Modus" - as in classic statistical theo rie - the most common observation or measurement.

Die Steuerung bestimmt auch als Maß der Variation der Konzentrationssignale vom Modus. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Maß der Variation die Standardabweichung auf jeder Seite des Modus. Schließlich veranlaßt die Steuerung das Treibstoffzuführsystem, Variation vom Modus zu minimieren. Mit anderen Worten veranlaßt die Steuerung das Treibstoffzuführsystem dazu, den Betriebspunkt der Abgasnachbehandlungseinrichtung in das Fenster zu drücken, so daß die Abgasnachbehandlungseinrichtung mit maximaler Effizienz arbeitet.The controller also determines as a measure of the variation of the concentration signals from the mode. In a preferred embodiment, the amount of variation is the standard deviation on each side of the mode. Finally, the controller causes the fuel delivery system Minimize variation from mode. In other words, the controller does this Fuel supply system to the operating point of the exhaust gas aftertreatment device in press the window so that the exhaust aftertreatment device with maximum Efficiency works.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform mißt der Sensor die Konzentration von Sauerstoff im Abgas und die Steuerung bestimmt eine Verschiebung im Luft/Treibstoffverhältnis des Motors, um den Modus des Konzentrationssignals zu maximieren.In a preferred embodiment, the sensor measures the concentration of oxygen in the exhaust gas and the controller determines a shift in the air / fuel ratio of the Motors to maximize the mode of the concentration signal.

Die Abgasnachbehandlungseinrichtung kann entweder eine NOx-Falle, einen Dreiwegeka talysator oder andere bekannte Nachbehandlungseinrichtungen aufweisen. Falls die Ab gasnachbehandlungseinrichtung einen Dreiwegekatalysator oder andere bekannte Vor richtungen aufweist, wobei ein Sensor die Abgassauerstoffkonzentration mißt, kann die Steuerung das Treibstoffzuführsystem so betreiben, daß das Luft/Treibstoffverhältnis des Motors dazu veranlaßt wird, sich periodisch vom fetten, stoichiometrischen Verhältnis zum mageren Verhältnis zu ändern. Jedenfalls wird die Steuerung das Treibstoffzuführsystem so betreiben, daß es sowohl den Modus des Sauerstoffkonzentrationssignals maximiert, als auch Variationen zwischen den Standardabweichungen gegenüber dem fetten und mageren Betrieb um den Modus minimiert.The exhaust gas aftertreatment device can either be a NOx trap or a three-way trap Talysator or other known post-treatment devices. If the Ab gas aftertreatment device a three-way catalyst or other known Vor has directions, wherein a sensor measures the exhaust gas oxygen concentration, the Control the fuel supply system so that the air / fuel ratio of the Motors is caused to periodically change from the fat, stoichiometric ratio to to change lean ratio. In any case, the controller becomes the fuel delivery system operate so that it maximizes both the mode of the oxygen concentration signal and also variations between the standard deviations from the bold and lean operation around the mode minimized.

Falls die Variation der Konzentrationssignale eine vorherbestimmte Schwelle überschreitet, oder die Größe des Modus der Konzentrationssignale kleiner als eine zweite vorherbe stimmte Schwelle ist, gibt die Steuerung ein Signal aus, das anzeigt, daß die Abgasnach behandlungseinrichtung defekt ist.If the variation in the concentration signals exceeds a predetermined threshold, or the size of the mode of the concentration signals is smaller than a second one If the threshold is correct, the control system outputs a signal which indicates that the exhaust gas after treatment device is defective.

Falls das Luft/Treibstoffverhältnis periodisch durch die Wirkung der Steuerung geändert wird, kann ein Abgassensor vor die Abgasnachbehandlungseinrichtung gesetzt werden, um das Luft/Treibstoffverhältnis des in die Abgasnachbehandlungseinrichtung fließenden Gases zu steuern. If the air / fuel ratio is changed periodically by the action of the control an exhaust gas sensor can be placed in front of the exhaust gas aftertreatment device the air / fuel ratio of that flowing into the exhaust gas aftertreatment device Control gas.

Bei einem Dreiwegekatalysator ist das Fenster durch die Speicherung und Abgabe von Abgassauerstoff aus dem Dreiwegekatalysator charakterisiert, falls das Treibstoffzuführ system so betrieben wird, daß das Luft/Treibstoffverhältnis der in den Katalysator fließen den Gase zwischen dem mageren zum fetten Bereich der Stoichiometrie oszilliert.In the case of a three-way catalytic converter, the window is closed by storing and dispensing Exhaust gas from the three-way catalytic converter characterized if the fuel supply System is operated so that the air / fuel ratio flow into the catalyst the gases oscillate between the lean to the rich area of stoichiometry.

Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß eine Abgasnachbehandlungseinrichtung so gesteuert werden kann, daß die Abgasnachbehandlungseinrichtung innerhalb ihres Fensters größter Effizienz arbeitet, unabhängig von Einflüssen wie Treibstoffzusammensetzung, Variationen in der Katalysatorzusammensetzung und anderen Variablen. Tatsächlich ermöglicht es das erfindungsgemäße System der Motorsteuerung, sich auf Änderungen in der Abgasnach behandlungseinrichtung einzustellen.It is an advantage of the invention that an exhaust gas aftertreatment device is controlled in this way can be that the exhaust after-treatment device within its window largest Efficiency works regardless of influences such as fuel composition, variations in catalyst composition and other variables. In fact, it does system of engine control according to the invention, based on changes in the exhaust gas adjust treatment facility.

Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß ein ineffizienter Betrieb der Ab gasnachbehandlungseinrichtung zuverlässig detektiert und berichtet werden kann.It is another advantage of the present invention that inefficient operation of the Ab gas aftertreatment device can be reliably detected and reported.

Weitere Vorteile, Merkmale und Ziel der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen. Darin zeigt:Further advantages, features and aim of the invention result from the following Description as well as the drawings. It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Automobilmotors mit einem erfindungsgemäßen Betriebssystem; Figure 1 is a schematic representation of an automobile engine with an operating system according to the invention.

Fig. 2 die Ausgänge der Abgassauerstoffsensoren, die stromaufwärts und stromabwärts eines Dreiwegekatalysators gemäß der Erfindung angeordnet sind; Fig. 2, the outputs of exhaust gas oxygen sensors of the invention are arranged upstream and downstream of a three-way catalyst according to;

Fig. 3-5 statistische Analysen der Ausgangssignale von Abgassensoren, die sowohl strom aufwärts und stromabwärts eines Dreiwegekatalysators angeordnet sind, gemäß einer wei teren Ausführungsform der Erfindung; und Fig. 3-5 statistical analyzes of the output signals from exhaust gas sensors, which are arranged both upstream and downstream of a three-way catalyst, according to a further embodiment of the invention; and

Fig. 6 ein Flußdiagramm, das den Betrieb eines erfindungsgemäßen Systems erläutert. Fig. 6 is a flow chart illustrating the operation of a system according to the invention.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird der Motor 10 mit Treibstoff mittels eines Treibstoffzuführsystems 12 versorgt, das durch die Steuerung 14 betrieben wird. Die Steuerung 14 kann aus einer bekannten Klasse Steuerungen, die dem Fachmann auf dem Gebiet der Motorsteuerung bekannt sind und durch diese Offenbarung vorgeschlagen werden, ausgewählt werden.As shown in FIG. 1, the engine 10 is supplied with fuel by means of a fuel supply system 12 that is operated by the controller 14 . Controller 14 may be selected from a known class of controllers known to those skilled in the engine control field and proposed by this disclosure.

Die Steuerung 14 empfängt Eingaben aus einer Batterie von Sensoren 16, die Betriebspa rameter wie Motorgeschwindigkeit, Motorbelastung, Umgebungstemperatur, Kühlmitteltem peratur, Drosselventilposition, Kraftfahrzeuggeschwindigkeit, Treibstoffqualität messen und andere dem Fachmann bekannte Eingaben. Ein Abgaszusammensetzungssensor 18 ist stromabwärts einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 angebracht. Der Abgassensor 18 dient dazu, ein Konzentrationssignal zur Messung der Konzentration einer gespeicherten Abgaskomponente aus dem aus der Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 fließenden Abgas zu liefern, wobei der Sensor 18 ein Konzentrationssignal mit einem Wert proportional der Konzentration der gespeicherten Abgaskomponente generiert. Der Sensor 18 gibt Si gnale an eine Steuerung 14, um die Steuerung 14 dazu zu befähigen, die statistische Analyse der Signale, wie erläutert, durchzuführen. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 kann eine Vorrichtung, wie einen Dreiwegekatalysator oder eine NOx-Falle aufweisen, oder andere Arten von Nachbehandlungsvorrichtungen, wie sie dem Fachmann bekannt sind.The controller 14 receives inputs from a battery of sensors 16 that measure operating parameters such as engine speed, engine load, ambient temperature, coolant temperature, throttle valve position, vehicle speed, fuel quality, and other inputs known to those skilled in the art. An exhaust gas composition sensor 18 is attached downstream of an exhaust aftertreatment device 20 . The exhaust gas sensor 18 serves to supply a concentration signal for measuring the concentration of a stored exhaust gas component from the exhaust gas flowing from the exhaust gas aftertreatment device 20 , the sensor 18 generating a concentration signal with a value proportional to the concentration of the stored exhaust gas component. The sensor 18 outputs Si gnale to a controller 14 to the controller 14 to enable them to the statistical analysis of the signals, as explained, to perform. Exhaust aftertreatment device 20 may include a device such as a three-way catalyst or NOx trap, or other types of aftertreatment devices known to those skilled in the art.

Der Abgassensor 22, der mit der Steuerung 14 verbunden ist, dient dazu, der Steuerung 14 zu ermöglichen, das Luft/Treibstoffverhältnis des die Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 betretenden Abgases zu ändern. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 wird als "Einrichtung" bezeichnet, da die Einrichtung mehr als einen Katalysator aufweisen kann oder einen Katalysator mit mehr als einem Substrat, oder einen Katalysator mit der Fähig keit, mehr als eine zugeführte Abgaskomponente zu reduzieren oder zu oxidieren.The exhaust gas sensor 22 , which is connected to the controller 14 , serves to enable the controller 14 to change the air / fuel ratio of the exhaust gas entering the exhaust gas aftertreatment device 20 . Exhaust aftertreatment device 20 is referred to as a "device" because the device may have more than one catalyst, or a catalyst with more than one substrate, or a catalyst capable of reducing or oxidizing more than one supplied exhaust gas component.

Wie oben erwähnt, zeigt Fig. 2, daß ein stromabwärtiger Sensor 18 einen Hystereseeffekt aufgrund der Speicherung einer Abgaskomponente - in diesem Falle Sauerstoff - in einem Dreiwegekatalysator besitzt. Dieser Hystereseeffekt bedeutet, daß die Ausgaben vom stromabwärtigen Abgassensor 18 dazu neigen, eine statistische Verteilung aufzuweisen, die durch ein sehr hohes Niveau des Modus charakterisiert sind, mit wenig Abweichung um den Modus, wenn die Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 im Fenster maximaler Effi zienz betrieben wird.As mentioned above, Fig. 2 shows that a downstream sensor 18 has a hysteresis effect due to the storage of an exhaust gas component - in this case oxygen - in a three-way catalytic converter. This hysteresis effect means that the outputs from the downstream exhaust gas sensor 18 tend to have a statistical distribution which is characterized by a very high level of mode with little variation around the mode when the exhaust aftertreatment device 20 is operated in the window of maximum effi ciency.

Fig. 3A zeigt einen treibstoffreichen Betriebszustand eines Dreiwegekatalysators. Es ist bemerkenswert, daß Fig. 3A, die ein Histogramm des Luft/Treibstoffverhältnisses, das in den Katalysator fließt, ist, eine Streuung aufweist und daß das mit einem UEGO stromab wärts des Katalysators gemessene Luft/Treibstoffverhältnis auf eine Seite des Modus ver schoben ist, der klar als Punkt maximaler Amplitude identifizierbar ist. Entsprechend diesem verschobenen Luft/Treibstoffverhältnis wird die Steuerung 14 versuchen, das Luft/Treib stoffverhältnis einzustellen und eine derartige Einstellung ist in den Fig. 4A und 4B gezeigt. Bemerkenswerterweise scheint in Fig. 4A die Verteilung eher eine Normalverteilung zu sein, als die Verteilung der Fig. 3A; in Fig. 4B ist zu bemerken, daß die Verteilung hinsichtlich des Modus enger und weniger gestreut ist als in Fig. 3B. Fig. 3A shows a fuel-rich operating state of a three-way catalyst. It is noteworthy that FIG. 3A, which is a histogram of the air / fuel ratio flowing into the catalyst, has a scatter and that the air / fuel ratio measured with a UEGO downstream of the catalyst is shifted to one side of the mode which is clearly identifiable as a point of maximum amplitude. In accordance with this shifted air / fuel ratio, controller 14 will attempt to adjust the air / fuel ratio and such adjustment is shown in Figures 4A and 4B. Remarkably, in Figure 4A the distribution appears to be a normal distribution rather than the distribution of Figure 3A; In Fig. 4B, it should be noted that the mode distribution is narrower and less scattered than in Fig. 3B.

Schließlich wird eine Modusaufzeichnung wie in Fig. 5B auftreten, falls eine Einstellung durchgeführt wird, die eine weitere Verarmung des Luft/Treibstoffverhältnisses verursacht, wobei der Modus sich auf seinem maximalen Niveau befindet. Bemerkenswerterweise wächst das Zusammenfallen des Modus von etwa 750 in Fig. 3B auf etwa 1100 in Fig. 4B und etwa 3200 in Fig. 5B. Bemerkenswerterweise ist die Variation auf jeder Seite des Mo dus symmetrisch. Dies bedeutet, daß der Katalysator, in diesem Fall ein Dreiwegekatalysa tor, wirksam innerhalb seines Fensters maximaler Effizienz betrieben wird.Eventually, a mode record as in Fig. 5B will occur if an adjustment is made that causes further depletion of the air / fuel ratio with the mode at its maximum level. Remarkably, the mode collapse grows from about 750 in FIG. 3B to about 1100 in FIG. 4B and about 3200 in FIG. 5B. Remarkably, the variation on each side of the mode is symmetrical. This means that the catalyst, in this case a three-way catalyst, is operated effectively within its window of maximum efficiency.

Fig. 6 zeigt die Art und Weise, in der ein erfindungsgemäßes System betrieben wird. Be ginnend bei 40 überprüft die Steuerung 42 den Ausgang des Sensors 18 beim Block 42, um festzustellen, ob die Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 in ihrem Fenster arbeitet. Mit anderen Worten, ob der Ausgang des Sensors 18 sich innerhalb eines vorabgespeicherten Wertes entsprechend dem Fenster, befindet. Fig. 6 shows the manner in which a system of the invention is operated. Starting at 40 , controller 42 checks the output of sensor 18 at block 42 to determine if exhaust aftertreatment device 20 is operating in its window. In other words, whether the output of the sensor 18 is within a pre-stored value corresponding to the window.

Falls der Ausgang des Sensors 18 sich nicht innerhalb eines vorher aufgezeichneten Fen sterwertes befindet, stellt bei Block 44 die Steuerung 14 das Luft/Treibstoffverhältnis ent weder auf fett oder mager, abhängig vom Sensorausgang, ein. Falls der Sensorausgang einen fetten Betriebszustand zeigt, wird die Steuerung 14 das Treibstoffsystem 12 dazu veranlassen, weniger Treibstoff dem Motor 10 zuzuführen und umgekehrt. Sobald der Aus gang des Sensor 18 sich innerhalb des Fensters bei Block 42 befindet, bewegt sich die Steuerung 14 zum Block 46, in dem der Sensorausgang in eine Histogrammroutine in der Steuerung 14 eingegeben wird. Dieses Histogramm wird eine Form des in Fig. 3B, 4B und 5B dargestellten Typs haben. Beim Fortschreiten zu Block 48 berechnet die Steuerung 14 den Modus und die Standardabweichungen auf beiden Seiten des Modus des Ausgangs des Sensors 18. Bei Block 50 fragt die Steuerung 14 ab: sind die Standardabweichungen gleich? Falls sie nicht gleich sind, wird das Luft/Treibstoffverhältnis wiederum bei Block 52 eingestellt, um das Luft/Treibstoffverhältnis in der in den Fig. 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, und 5B dargestellten Weise zu verschieben. Bei Block 50 wird, falls die Antwort ja ist, mit anderen Worten die Standardabweichungen des Signals des Abgassensors 18 um den Modus des Signals gleich sind, die Routine zu Block 54 fortschreiten, bei dem der Sensorausgangswert aufgezeichnet wird und die Routine endet. Die Routine wird periodisch während des Be triebs des Motors 10 wiederholt, um sicherzustellen, daß die Abgasnachbehandlungsein richtung 20 in ihrem Fensterbereich betrieben wird. If the output of the sensor 18 is not within a previously recorded window value, the controller 14 sets the air / fuel ratio ent to either rich or lean, depending on the sensor output, at block 44 . If the sensor output shows a rich operating state, the controller 14 will cause the fuel system 12 to supply less fuel to the engine 10 and vice versa. Once the sensor 18 output is within the window at block 42 , controller 14 moves to block 46 where the sensor output is entered into a histogram routine in controller 14 . This histogram will have a shape of the type shown in Figures 3B, 4B and 5B. Proceeding to block 48 , controller 14 calculates the mode and standard deviations on both sides of the mode of output from sensor 18 . At block 50 , controller 14 queries: are the standard deviations the same? If they are not the same, the air / fuel ratio is again adjusted at block 52 to shift the air / fuel ratio in the manner shown in Figs. 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, and 5B. In other words, at block 50 , if the answer is yes, the standard deviations of the signal from exhaust gas sensor 18 by the mode of the signal are the same, the routine proceeds to block 54 where the sensor output value is recorded and the routine ends. The routine is repeated periodically during the operation of the engine 10 to ensure that the exhaust aftertreatment device 20 is operated in its window area.

Nach Block 48 - spezifisch bei Block 55 - fragt die Steuerung 14 ab: entsprechen der Mo dus und die Standardabweichungen den Anforderungen? Falls die Antwort ja ist, endet die Routine. Falls die Antwort nein ist, fährt die Routine bei Block 60 fort, wo ein Fehlercode gesetzt wird. Die Anforderungen, auf die in Block 56 Bezug genommen wird, sind die, daß der Modus einen bestimmten Minimalwert besitzen muß, um sicherzustellen, daß der Kata lysator immer noch seine Umwandlung durchführen kann und die Standardabweichungen oder andere Typen dem Fachmann offensichtliche statistische Varianten nicht vorherbe stimmte Schwellenwerte übersteigen. Dies ist wichtig, weil dann, wenn bei Block 56 die Antwort nein ist, die gesetzlichen Erfordernisse für "Borddiagnostik" von Emissionskontroll systemen voraussetzen, daß bei Block 60 der Fehlercode gesetzt wird.After block 48 - specifically at block 55 - the controller 14 queries: do the mode and the standard deviations meet the requirements? If the answer is yes, the routine ends. If the answer is no, the routine continues to block 60 where an error code is set. The requirements referred to in block 56 are that the mode must have a certain minimum value to ensure that the catalyst can still perform its conversion and the standard deviations or other types do not anticipate statistical variations obvious to those skilled in the art agreed thresholds exceed. This is important because if the answer is no at block 56 , the legal requirements for "on-board diagnostics" of emission control systems require that the error code be set at block 60 .

Das oben erläuterte, erfindungsgemäße System ist wichtig, da es nicht nur eine Feinan passung einer Emissionssteuerung ermöglicht, die Variationen im Sensorausgang, Treib stoffmenge, Umgebungsbedingungen und anderen Faktoren, die die Effizienz eines Konverters beeinflussen, berücksichtigen kann, sondern auch, da es es einer Emissions steuerung ermöglicht, mit den Borddiagnostik-Voraussetzungen in robuster Weise zurechtzukommen.The system according to the invention explained above is important because it is not just a fine Matching an emission control enables the variations in the sensor output, driver amount of substance, environmental conditions and other factors that affect the efficiency of a Can influence the converter, but also because it is an emission control enables, with the on-board diagnostics requirements in a robust manner to cope.

Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist dem Fachmann offensichtlich, daß mannigfache Abwandlungen davon möglich sind, ohne sich aus dem Schutzbereich der Ansprüche herauszubewegen. Although the invention has been described using preferred exemplary embodiments, it is obvious to the person skilled in the art that various modifications thereof are possible without move out of the scope of the claims.

Reference list

1010th

Motor
engine

1212th

System
system

1414

Steuerung
control

1616

Sensoren
Sensors

1818th

Sensor für Abgaskomponente, stromabwärts von Exhaust component sensor, downstream of

2020th

Abgasnachbehandlungseinrichtung
Exhaust aftertreatment device

2222

Sensor für Abgaskomponente, stromaufwärts von Exhaust component sensor, upstream of

2020th

Reference numerals in FIG. 6

4040

Start
begin

4242

Block
block

4444

Block
block

4646

Block
block

4848

Block
block

5050

5252

5454

Block
block

5656

Block
block

6060

Block
block

Claims

1. Engine operating system with an exhaust gas aftertreatment device ( 20 ), which has:
a fuel supply system for supplying fuel to the engine ( 10 ) to cause the air / fuel ratio of the engine to change periodically;
an exhaust gas aftertreatment device ( 20 ) with a window of maximum operating efficiency in which an exhaust gas component is stored in the exhaust gas aftertreatment device ( 20 ),
a sensor downstream of the exhaust gas aftertreatment device ( 20 ) for measuring the concentration of the stored exhaust gas component in the exhaust gas flowing from the exhaust gas aftertreatment device ( 20 ) and for generating a concentration signal with a value proportional to this concentration, and
a controller ( 14 ) for operating the fuel delivery system, receiving concentration signals, and determining the mode of the concentration signals as well as a measure of the variation of the concentration signals from the mode, the controller ( 14 ) causing the fuel delivery system to vary the mode to minimize.

2. Engine operating system according to claim 1, characterized in that the sensor measures the concentration of oxygen in the exhaust gas and the controller ( 14 ) determines a shift in the air / fuel ratio of the engine to maximize the mode of the concentration signals.

3. Engine operating system according to claim 1, characterized in that the gas aftertreatment device ( 20 ) has a NOx trap.

4. Engine operating system according to claim 1, characterized in that from the gas aftertreatment device ( 20 ) has a three-way catalyst.

5. Engine operating system according to claim 1, characterized in that the gas aftertreatment device ( 20 ) comprises a three-way catalyst, the sensor measuring the oxygen concentration in the exhaust gas and the fuel supply system operating control ( 14 ) being operated in such a way that the air / fuel ratios of the engine are caused to periodically change from the fat to the lean stoichiometric mixture.

6. Engine operating system according to claim 5, characterized in that the control ( 14 ) operates the fuel supply system so that both the mode of the oxygen concentration signal maximizes and the variations of the standard deviations of the rich and lean operation are minimized symmetrically to the mode .

7. Engine operating system according to claim 1, characterized in that from the gas aftertreatment device has a NOx trap, the sensor is capable of measuring the oxygen concentration in the exhaust gas and the controller ( 14 ) can operate the fuel supply system so that the air / fuel ratios of the engine vary a predetermined point.

8. Engine operating system according to claim 1, characterized in that the control ( 14 ) can output a signal indicating a defect in the exhaust gas aftertreatment device ( 20 ) if the variation of the concentration signals exceeds a predetermined threshold.

9. Engine operating system according to claim 1, characterized in that the air / fuel ratio of the engine varies periodically by the action of a controller ( 14 ), the inputs of a gas sensor in front of the exhaust gas aftertreatment device ( 20 ).

10. Engine operating system according to claim 1, characterized in that the controller ( 14 ) emits a signal which indicates a defect in the exhaust gas aftertreatment device ( 20 ) if the size of the mode is less than a predetermined threshold.

11. Engine operating system according to claim 1, characterized in that the controller ( 14 ) emits a signal which indicates a defect in the exhaust gas aftertreatment device ( 20 ) if the variation of the concentration signals around the mode exceeds a predetermined threshold and the size of the mode is less than is a predetermined threshold.

12. Engine operating system with an exhaust gas aftertreatment device ( 20 ), which has:
a fuel supply system for supplying fuel to the engine ( 10 ) to cause the engine air / fuel ratio to periodically change from the rich to the lean stoichiometric ratio;
an exhaust gas aftertreatment device ( 20 ) with a window of maximum operating efficiency, which is characterized by the storage and delivery of at least one exhaust gas component from the exhaust gas aftertreatment device ( 20 ) when the fuel supply system is operated in such a way that the air / fuel ratio in the exhaust gas aftertreatment device ( 20 ) incoming gases oscillate between the lean and rich, stoichiometric range;
a sensor located downstream of the exhaust gas aftertreatment device ( 20 ) for periodically measuring the concentration of the stored exhaust gas component in the exhaust gas flow flowing out of the exhaust gas aftertreatment device ( 20 ) and for generating a concentration signal with a value proportional to the concentration; and
a controller ( 14 ) for operating the fuel delivery system, receiving the concentration signals and determining the mode of the concentration signals and a measure of the variation of the concentration signals from the mode in the rich and lean direction, the controller ( 14 ) causing the fuel delivery system to both to maximize the mode of the concentration signal, as well as the variation symmetrically to minimize the mode.

13. Engine operating system according to claim 12, characterized in that the exhaust gas aftertreatment device ( 20 ) has a three-way catalyst.

14. Engine operating system according to claim 12, characterized in that the controller ( 14 ) operates the fuel supply system such that the standard deviations of the concentration signals on both sides of the mode are minimized.

15. Engine operating system with an exhaust gas aftertreatment device ( 20 ), which has:
a fuel supply system for supplying fuel to the engine ( 10 ) to cause the air / fuel ratio of the engine to periodically vary from the rich to the lean stoichiometric ratio;
a three-way catalytic converter with a window of maximum operating efficiency in which an exhaust gas component in the catalytic converter, when operated in the window, stores and releases;
a sensor arranged downstream of the catalytic converter in order to periodically measure the concentration of the stored exhaust gas component in the exhaust gas flowing from the catalytic converter and to generate a concentration signal with a value proportional to the concentration; and
a controller ( 14 ) for operating the fuel delivery system and receiving the concentration signals and for determining the mode of the concentration signals and a measure of the variation of the concentration signals from the mode in both rich and lean directions, the controller ( 14 ) causing the fuel supply system to do so to maximize the mode of the concentration signals as well as to minimize the variation of the mode.

16. Engine operating system according to claim 15, characterized by a monitoring routine in the controller ( 14 ) to periodically measure the variation of the concentration signal from the mode and output a signal for a defect in the three-way catalytic converter if the variation of the concentration signals exceeds a predetermined threshold value .

17. The engine operating system of claim 15, further characterized in that the controller ( 14 ) may perform a monitoring routine to periodically measure the variation of the concentration signal from the mode and to output a signal for a failure of the three-way catalyst if the mode is less than a predetermined threshold is.

18. The engine operating system of claim 15, further characterized in that the controller ( 14 ) may perform a monitoring routine to periodically measure the concentration signal from the mode and output a signal indicating that the three-way catalyst is defective if the variation of the concentration signal around the mode exceeds a predetermined threshold and the mode is less than a predetermined threshold.

19. Engine operating system according to claim 15, characterized in that the Exhaust gas component has oxygen.